科学研究积体电路已有多年的王云鹏副教授，一路走过都非常“直溜”，譬如专业选择上的持之以恒，也有科学研究职业生涯上的稳行远处。
本硕博毕业Canillac和牛津的数学系，获得硕士学位后，他先后在积体电路产业较为发达的韩国和南韩组织工作。后于 2014 年回国加入复旦大学电子与信息工程系，萨温齐积体电路金属材料和基本原理。
他说：“我在韩国中央大学物质金属材料科学研究所组织工作时，能和许多中高档积体电路制造电子设备供应商共同科学研究，在他们的研发早期就能品雅版采用供应商的电子设备，并通过双方的交互和意见反馈，根据电子设备采用情况明确提出修改的意见。另外，在韩国的科学研究自然环境中，会不积极主动地做得尽量精细和深入，这也给我如今的科学研究组织工作风格增添了影响。”
而在南韩大谷大学的组织工作自然环境中，他与合作副教授和企业的交互也较为频繁，但更加注重结果取向，节奏也较为快。
“能说，在南韩的组织工作经历，在科学研究速度上给我提了一截，也给我那时的科学研究组织工作中导入了工程进度控制的经营理念。在日韩的组织工作经验，分别从慢节奏的认真和快节奏的目标取向，给我增添了沉浸于其中的新体验。而那时，我也希望在两者之间做好平衡。”王云鹏表示。
而在不久前，他和项目组的一项科学科研成果，解决了钙栅电晶体在组织工作分子结构、宏观调控方法和潜在性应用领域上的许多问题。为构筑多模态的电晶体和脊髓网络，提供更多了下层的电子元件此基础和方法论此基础。
同时，也能为制取和实现多逻辑系统电晶体的金属材料甄选、在结构上、程式设计应用领域、特性分析等，提供更多方法论参照，还能为开发脊髓型态排序的科学人类学家提供更多此基础硬体模型，和为低密度高效能的多逻辑系统脊髓型态硬体提供更多网络构架。
结构更简单、功能适应能力大列佩季哈区的电晶体新基本原理
据悉，电晶体做为基本的排序模块，已被广泛用于人工神经元演示、脊髓形态排序等科学研究中。做为其中的一类，钙栅电晶体展现了诸多优势，比如低组织工作电压、高输出电流、和演示神经元长期记忆和短期记忆的能力。
然而，对于这些新现象，此前报道往往集中于分析其中某一种现象，而多种现象之间的本质联系是什么？至今依旧缺乏一个统一分子结构，去对其进行描述和理解，因此也就难以系统性地控制电子元件性能，更难以在脊髓型态排序中加以利用。
该项目组注意到，虽然钙栅电晶体的复杂性貌似一团“乱麻”，但是串联这些纷繁现象的根本原因和主要线索，便是钙中离子在电场中的动态过程。
其逻辑链条如下：离子的瞬时动态和既往历史，共同决定着钙的界面电容，从而动态地影响着电晶体内积体电路的界面电势，进而影响电晶体的工作电流。
可见，离子动态电容的复杂性，一方面会增加电晶体组织工作时的静电势、有效电容沟道电荷电流的复杂性，一方面也为解释钙栅电晶体的多种特性提供更多了此基础。
为了解耦上面提到的多个动态变化的参数，该课题组推导出一种紧凑型方法论，解决了固态钙栅电晶体中时间和门控电流的复杂问题。
方法论科学研究表明，受到栅电压的驱使，离子会在积体电路介电层界面逐渐积累，此时界面电势和动态电容会随之增加；但是，当离子浓度达到饱和，界面电势也会到饱和，让动态电容随之减小。
当进行电压扫描时，就能对界面离子浓度进行程式设计，让电子元件表现出不同的特性。按照方法论预测，单个电晶体能按需表现出短时或长时的可塑性、高表观迁移率、和陡峭亚阈值斜率和忆阻行为。
科学研究中，课题组进行了数值仿真和电子元件实验，对于方法论上预测的多逻辑系统特征、和实现多逻辑系统的控制方法进行了验证，并获得了多逻辑系统特性的关键金属材料和电子元件参数需求（比如离子扩散系数、初始离子浓度、栅电压扫描速度等）。
概括来说，这项组织工作不仅建立了一个钙栅电晶体的紧凑模型，而且指明了宏观调控多种组织工作模式的方法，为理解其电子元件物理基本原理和金属材料设计提供更多了此基础。
进一步地，科学研究小组利用其多模式的特点，建立了可转换的多模脊髓网络，让不同脊髓网络能根据功率或速度要求，进行按需的转换。
近日，相关论文以《基于离子动态电容的多模电晶体和脊髓网络》（Multimode transistors and neural networks based on ion-dynamic capacitance）为题发表在 Nature Electronics 上 [1]，Xiaoci Liang 是第一作者，王云鹏副教授担任通讯作者。
Nature Electronics）
评审专家认为，该成果对于开发非常规电晶体和脊髓型态电路的科学研究人员具有重要价值，同时也将有助于解决许多备受争议的问题，比如超陡峭的亚阈值斜率、高估的载流子迁移率、和场效应电晶体中的其他奇怪特性。
还有一位审稿人表示：“该科学研究领域的一个主要障碍是缺乏可定量演示离子传输的复杂动力学、和由此产生的电容和沟道电流的适用方法论。我很高兴地看到这项组织工作深入探索了电子元件动力学的不同方面，即单个电晶体中的不同模式。其方法论可能是第一个用相同的公式成功地演示复杂的非线性电晶体行为的方法论。”
此外，Nature Electronics 还刊登了题的“Tuning electrolyte-gated transistors to order”的 News & Views 专题报道，认为该论文演示了结构相对简单、同时功能适应能力强的电晶体新基本原理。
“不要轻视简单，简单意味着坚固”
科学研究中，在最开始的调研阶段，该项目组主要从“电晶体亚阈值斜率是否能无限陡峭”的问题出发，后来慢慢发现了电解质栅电晶体的可控制性，和同一个电子元件能展现出不同的特性。
在学习参照文献时他们发现，其实这些广泛关注的新奇特性，尽管已在不同报道中出现，但是其电子元件结构和金属材料是很类似的。因此大家猜测这些不同特性是有本质联系的，而且是能同时实现的。
然而，如何宏观调控和复现这些特性，成为摆在眼前的第一个难题。为此，课题组开始关注离子动力学、和由其引发的动态电容，并进行了大约半年的数值仿真和方法论构筑。
在初步探索出许多规律之后，则开始进入方法论、仿真、实验三者的相互验证，并逐步结合实验结果和仿真结果，来对方法论进行优化，进而从方法论结果中指导实验测试。
期间，在大量的数据中，课题组陆续提取出了最主要的信息，其中包含关键的参数、以及多逻辑系统的实现。随着方法论的完善，大家也对各种现象具备了更深刻的认识，从而总结了几个最关键的特性参数的描述公式。
接下来，电子元件的多种特性促使他们思考：是否能尝试实现可转换的脊髓网络？于是，科学研究项目组根据器件特性，构筑了逻辑系统可转换的脊髓网络，并演示了基于脊髓网络的硬体结构。
期间，也经历了方法论结合实验、同步推进、互相印证的各种迂回挫折。科学研究初期正处于新冠疫情初发时期，由于不能入校实，大家只能根据调研结果和已有的实验现象，来进行建模和仿真等组织工作。
尽管模型的初步建立、和数值的仿真，能展现出许多符合文献描述的结果。但也会给出许多文献中从未报道过的奇怪结果，当时课题组受限于科学研究条件，不能用实验进行验证，只能依靠“脑补”展开想象。
后来终于能进校实验，这时他们重新审视这些“奇怪的结果”，并根据方法论方法去制取和测试电子元件，证明能在实验中得到其中某些结果。
也就是说，方法论给出的“奇怪结果”并不奇怪，只是之前从未被测出来。更加值得注意的是，他们发现这些特性竟然是能被控制的。
对此王云鹏表示：“这激起了我们的科学研究热情，促使我们进行更深入的探索。也正是这种方法论与实验的深度结合，带给了我们足够新奇的新体验，也让我们对《三体》里的一句话深有体会：‘不要轻视简单，简单意味着坚固。’方法论虽然简单，但却能增添丰富的预测结果，这是我们之前未曾体会过的。”
基于目前的成果，也让他们对于同类电子元件建立了初步认识，其计划在方法论指导之下，去挖掘更能发挥优势的金属材料体系。在进一步验证方法论的同时，也希望能提高响应速度、和不同电子元件间的一致性。
除此以外，课题组还计划基于本次的硬体结构，开发一个小规模的脊髓网络，让许多原来必须用软件实现的智能排序方案，也能用硬体来实现。
参照资料：
1.Liang, X., Luo, Y., Pei, Y. et al. Multimode transistors and neural networks based on ion-dynamic capacitance. Nat Electron 5, 859–869 (2022). https://doi.org/10.1038/s41928-022-00876-x
